volatile 关键字 java 虚拟机提供的轻量级同步机制
保证可见性
禁止指令重排序
不保证原子性
可见性:
什么叫可见性呢, 首先要说一下 JAVA 虚拟机内存, JAVA 虚拟机内存模型规定, 所有的变量都放在计算机的主内存当中, 主内存是共享内存区域, 所有线程都可以访问, 而每个线程创建时都会为其创建一个工作内存 (可以称之为栈空间), 工作内存呢就是每个线程的私有数据区域, 所以每个线程创建时也会从主内存进行一个变量副本拷贝, 每当修改的时候也是再自己的工作内存中进行修改的, 不能直接操作主内存, 修改完成之后再对主内存的变量进行重新赋值, 因此线程之间无法访问对方的工作内存, 线程之间必须通过主内存来完成.
因此 当变量声明了 volatile 关键字之后, 每当线程进行写操作的时候会立即刷新到主内存中, 并且强制其他有缓存过此变量的线程数据清空, 并且重新读取最新数据.
原子性:
原子性的意思呢就是一组操作要么成功要么失败的意思, 为什么 volatile 不能保证原子性呢.
看以下代码进行分析:
- class Test{
- volatile int i = 0;
- public void add() {
- i++;
- }
- }
假如此时创建了两条线程, 那么他们的工作内存中 i 都是等于 0. 此时同时进行调用 add() 方法进行 i+1 的操作, 操作过程为如下:
1. 从主内存获取最新值
2. 进行 + 1 操作
3. 写回主内存
我们可以看一下通过查看 java 的汇编字节码中的执行顺序, 通过 javap 命令看到:
image.PNG
可以看到 java 编译后的汇编字节码执行顺序一样, 先 get, 再进行 add 自增, 再进行 put 写回数据
如果说两个线程同时调用, 他们第一步肯定都是获取到的是 0, 写回主内存的时候线程 A 写回 1, 线程 B 也是写回 1 . 因此不能保证原子性, 因为他的操作过程是会被打断的. 所以有可能我们进行多线程将 1 加到 1000 的时候可能会导致结果不正确 会小于 1000;
指令重排序:
这个涉及到的东西有点多, 跟计算机进行计算有很大的关系
可以看一下当你运行一段代码大概需要进行的操作
源代码 -> 编译器优化的重排 -> 指令并行的重排 -> 内存系统的重排 -> 最终执行的指令.
这些排序呢只是为了计算机能够更快的进行一个代码的计算.
- int a = 1; // 1
- int b = 3; // 2
- a = a + 2; // 3
- b = b * a + 1; // 4
以上是我们写代码的执行步骤 1 -> 2 -> 3 -> 4
但是经过计算机的排序后有可能会是 2 -> 1 -> 3 -> 4 是不确定的, 因此加上了 volatile 关键字后可以防止进行排序.
有这么三点:
单线程环境里面确保程序最终执行结果和代码顺序执行的结果一致.
处理器在进行重排序时必须要考虑指令之间的数据依赖性.
多线程环境中线程交替执行, 由于编译器优化重排的存在, 两个线程 中使用的变量能否保证一致性是无法确定的, 结果无法预测
依赖性呢就是说, 上边代码 永远不可能 会是 第 4 步执行, 因为他对变量 a 有依赖.
总结: volatile 呢是一个 轻量级的同步机制, 如果我们想要弥补 volatile 原子性的问题, 我们可以给 add() 方法加上 synchronized 关键字或者是加 lock 通过加锁 来保证原子性, 但是 建议没必要 大材小用, 大家可以看一下 java 提供的
AtomicInteger 类, 是一个专门提供可以保证原子性的类. 可以保证多线程中数据的安全性.
注: 后边会更新 为什么 AtomicInteger 可以保证原子性, 怎么实现.
来源: https://www.qcloud.com/developer/article/1620960